基于电极阵列的土壤速效养分快速检测系统

从降低检测成本和提高时效性出发,设计了基于电极阵列的土壤速效养分快速检测系统,系统主要包括电极阵列、单片机和信号调理等模块,其中电极阵列为传感单元,主要由pH电极、硝酸根电极、钾离子电极、磷酸盐电极和参比电极组成.性能测定结果表明,系统输入阻抗达到1012Ω数量级,输入电流小于1 pA,响应电位测量范围为-2 000 ～2 000 mV,可与主流离子选择电极实现较好匹配.自主研发的基于电极阵列的土壤速效养分快速检测系统可基本满足土壤对pH值、硝态氮和速效钾的速测要求.     

基于ISE的土壤硝态氮多参数检测仪研究

电极法检测土壤硝态氮时,共存氯离子是影响检测精度的重要因素。针对当前检测仪为单一离子离线检测的问题,设计了基于嵌入式开发的ISE土壤硝态氮多参数检测仪。仪器嵌入BP神经网络模型,实现土壤硝态氮的在线实时检测。针对BP算法收敛速度慢、易陷入局部极小值的缺点,采用5种方法进行改进;采用两个校正方法校准检测仪检测结果;采用稳定判断程序提高电势采集的稳定性。开展标准溶液检测试验,验证检测仪检测精度;开展土壤硝态氮检测试验,并将检测结果与传统的一元线性模型结果和光学法检测结果进行对比,验证检测仪排除氯离子干扰的效果及检测土壤硝态氮的准确性。结果表明,检测仪对离子的检测结果与离子计检测结果误差不超过1.0mV,满足精度要求;检测仪对土壤硝态氮含量的检测结果与光学法检测结果的平均相对误差为8.83%,低于一元线性模型与光学法检测结果的平均相对误差12.17%,拟合系数R2均大于0.97。基于ISE的土壤硝态氮多参数检测仪可有效减小氯离子干扰,准确性高,可用于土壤硝态氮的在线检测。     

基于复合纳米介导固态电极的原位土壤硝态氮检测研究

采用新型纳米复合材料金纳米簇复合石墨烯为固态离子选择电极介导材料,以土壤渗出液为对象开展原位NO-3的影响。结果表明：电极寿命达到65d,响应斜率为44.02mV/dec,对硝酸根选择性较好,对土壤中主要共存阴离子抗干扰性良好;采样探头包埋深度每下降10cm,硝态氮质量浓度增加30~60mg/L;含水率对渗出液硝态氮影响不明显;土壤颗粒粒径大于2.5mm后,硝态氮质量浓度下降约19.5%;原位渗出液电极测定结果与光学法一致性较好,约为标准浸提液检测值5~6倍。     

基于RSM的土壤原位测量参比电极制备优化与评估

农用电化学原位监测Ag/AgCl参比电极存在氯离子泄漏风险,探讨通过新型液态金属纳米纤维复合毡改进柔性参比电极稳定性,利用响应面分析方法(RSM)确定材料制备工艺对参比电极稳定性的影响趋势,获取优化方案并进行可行性验证。试验结果表明,液态金属纳米纤维复合毡制备主影响因素包括纺丝收集距离、纺丝混液质量配比和拉伸次数,影响程度依次降低;收集距离和拉伸次数对参比电极稳定性的耦合作用显著;当制备参数方案为质量比为1∶5、收集距离为19 cm、拉伸次数为1 150次时,参比电极稳定性最优,平均相对误差不大于4.4%;自制柔性Ag/AgCl参比电极,将其应用于土柱硝态氮和pH值监测原位测量,16 d的连续监测过程中硝态氮与pH值测试数据与离线商用电极测量值的绝对误差、相对误差和均方根误差分别小于5.55 mg/L、7.2%、1.98 mg/L和0.21、2.8%、0.17,参比电极持续提供稳定参考基准,保障了两工作电极与外检数据间良好的一致性,证明了自制Ag/AgCl参比电极在土壤农化分析中的可行性。     

石墨烯薄膜制备方法研究

石墨烯以导电性强、良好生物相容性在电化学领域广泛的应用.文章利用Hummers法制备了氧化石墨,将氧化石墨溶解于N,N——二甲基甲酰胺溶液(DMF)中,再把溶有氧化石墨的DMF溶液涂在导电玻璃表面,利用循环伏安法找出最佳的还原电压,在此恒电压下还原氧化石墨烯制得石墨烯.     

芦丁在石墨烯/离子液体复合膜上的电化学行为研究

研究了N-辛基吡啶六氟硝磷酸盐（N-octylpyridinum hexafluorophosphate,OPFP）离子液体与新型碳纳米材料石墨烯（Graphene,GR）复合膜修饰玻碳电极,制备了一种新型的IL/GR/GCE电极用于检测芦丁香茶和药片中芦丁的浓度。并通过循环伏安法、阻抗谱和方波伏安法研究芦丁在IL/GR/GCE的电化学性能,表明离子液体优良的导电和粘合性能及石墨烯纳米材料大比表面积、高电子传递能力和强催化能力,极大地提高了电极电化学性能和检测响应。在最优检测条件下,方波伏安法测定发现其峰电流与芦丁浓度在0.05~11μmol/L范围内呈现良好的线性关系,线性相关系数0.997,检测下限为0.01μmol/L（S/N为3）。将该修饰电极用于检测实际样品中芦丁的含量,表现出较强的抗干扰能力和良好的稳定性。     

针板电极荷电液体射流不稳定性分

基于荷电液体射流的模型和广义坐标下的Lagrange方程,建立了静电场作用下无粘性液体射流的色散方程,并对该方程进行了数值求解,分析了若干因素对荷电液体射流的轴对称模型和非轴对称模型的影响。研究结果表明：随着电场强度的增大,荷电液体射流的最大扰动增长率增大。低电压时静电场对轴对称射流的不稳定性有显著作用,电压逐渐升高时非轴对称模型逐渐占据主导地位,最终导致液滴的破碎;随着射流半径的减小,荷电液体射流的不稳定性增加,轴对称模型下射流半径的改变对射流不稳定性的影响比非轴对称模型小;不同的液体介质对荷电液体射流不稳定性的影响在非轴对称模型下表现得更为显著。     

针板电极荷电液体射流不稳定性分析

基于荷电液体射流的模型和广义坐标下的Lagrange方程,建立了静电场作用下无粘性液体射流的色散方程,并对该方程进行了数值求解,分析了若干因素对荷电液体射流的轴对称模型和非轴对称模型的影响.研究结果表明:随着电场强度的增大,荷电液体射流的最大扰动增长率增大.低电压时静电场对轴对称射流的不稳定性有显著作用,电压逐渐升高时非轴对称模型逐渐占据主导地位,最终导致液滴的破碎;随着射流半径的减小,荷电液体射流的不稳定性增加,轴对称模型下射流半径的改变对射流不稳定性的影响比非轴对称模型小;不同的液体介质对荷电液体射流不稳定性的影响在非轴对称模型下表现得更为显著.     

多针电极喷雾刀梁静电场特性与雾化效果研究

建立了多针电极喷雾刀梁静电场求解模型,采用Ansoft Maxwell软件分析了多针电极喷雾刀梁空间中电压及电场强度的分布规律,并研究了针电极间距对静电场的影响,通过激光粒度分析仪测量分析了不同针电极间距的刀梁雾化粒径分布规律。结果表明:针电极可将该刀梁附近的最高电场强度提高到2.7×106V/m,针电极附近的电场变化幅度最大,针电极最佳间距为2 mm时多针电极下端可形成分布均匀的高场强区域,此时该刀梁静电喷雾的雾化粒径减小到42μm,且粒径分布均匀,该实验结果与计算结果吻合。     

石墨烯低温远红外辐射干燥稻谷干燥特性与品质研究

为研究稻谷的石墨烯低温远红外干燥特性及其对稻谷干燥品质的影响,以辐射温度、排粮流量和除湿风量为影响因素,以整精米率和应力裂纹指数增值为评价指标,用自制的循环式石墨烯低温远红外干燥机进行稻谷干燥试验,通过BBD（Box-Behnken设计）响应面法,分析了低温远红外干燥对稻谷干燥品质的影响以及工艺参数优化。结果表明：影响稻谷干燥特性和品质的最主要因素是辐射温度,其次是排粮流量和除湿风量。随着辐射温度的升高,稻谷干燥速率和应力裂纹指数增值逐步增大,整精米率则逐步降低。与同温度的热风干燥相比,石墨烯低温远红外干燥平均干燥速率和干燥品质均有显著提高。经优化后,稻谷最佳石墨烯低温远红外干燥工艺条件为：辐射温度43℃、排粮流量4kg/min、除湿风量193m3/h,此时应力裂纹指数增值为9,整精米率为79.75%,稻谷干燥品质最佳。这说明利用石墨烯低温远红外干燥稻谷,可以明显提高干燥速率并改善稻谷干燥品质。     

山竹的计算机视觉分级方法

提出了一种基于计算机视觉技术的山竹大小和颜色分级方法.针对以蓝色滚子为背景的山竹图像,在RGB色彩空间使用双阈值对图像进行初步分割;然后通过形态学运算、轮廓跟踪、区域填充提取出整个山竹目标;最后由颜色因子2G-R-B和G识别出果柄、果蒂和果皮.由果柄、果蒂区域形心和果皮区域形心位置判断水果的姿态,提取水果的最大横径作为大小分级指标;在HIS颜色空间以果皮区域的饱和度S和色调H的差值作为颜色分级指标.选取200个山竹进行分级试验,试验结果表明:果径检测精度为±1.8 mm,颜色分级串级果最大比例为10.2%.     

基于图像处理的雾滴检测技术

通过模拟田间实际喷雾情况,利用图像采集系统采集雾滴图像,对其进行增强和分割等预处理,并对粘连雾滴提出用改进的分离粘连雾滴算法进行了分离处理.基于相同样本,用图像处理方法获得的雾滴粒径分布及覆盖率等参数与激光粒度仪测量结果的对比分析表明,利用图像处理技术检测雾滴分布参数,其测量误差在6%以内.